BRPI0808352B1

BRPI0808352B1 - processo de cativação hidrodinâmica para tratar óleo pesados.

Info

Publication number: BRPI0808352B1
Application number: BRPI0808352A
Authority: BR
Inventors: Chornet Esteban; Chornet Michel
Original assignee: Fractal Systems Inc
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2018-10-23
Also published as: EP2118240A4; EP2118240A1; NO2118240T3; CO6231048A2; EP2118240B1; US8871081B2; CA2814773C; US8105480B2; US20130096354A1; CA2814773A1; MX2009009205A; ECSP099657A; CN101663378A; CN101663378B; CA2611251C; US20080217211A1; BRPI0808352A2; CA2611251A1; WO2008106765A1

Description

(54) Título: PROCESSO DE CATIVAÇÃO HIDRODINÂMICA PARA TRATAR ÓLEO PESADOS. (51) lnt.CI.: C10G 31/06 (30) Prioridade Unionista: 06/03/2007 US 60/905,171 (73) Titular(es): FRACTAL SYSTEMS, INC.

(72) Inventor(es): MICHEL CHORNET; ESTEBAN CHORNET (85) Data do Início da Fase Nacional: 03/09/2009

1/23 “PROCESSO DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA PARA TRATAR

ÓLEOS PESADOS” [001] O presente pedido reivindica prioridade baseada no pedido provisório No. 60/905.171, depositado em 6 de março de 2007, cujo conteúdo é incorporado por referência em sua totalidade.

[002] A presente invenção se refere a um processo para tratar óleos pesados. Mais particularmente, esta invenção se refere a um processo para tratar óleos pesados pela desestruturação de tais óleos pesados através de redisposição molecular, reduzindo assim a viscosidade de tais óleos pesados. Tal tratamento é efetuado pela submissão de um óleo pesado à cavitação. O óleo pesado tratado tem uma viscosidade reduzida devido a redisposição molecular, e seu processamento adicional ou melhoramento pode ser efetuado sob as condições de rigor inferior ao óleo pesado não tratado.

[003] O termo “óleo pesado”, como aqui usado, inclui óleos que são classificados pelo Instituto Americano de Petróleo (API), como óleos pesados ou óleos extra pesados. Em geral, um óleo de hidrocarboneto pesado tem uma gravidade API entre 22.3° (densidade de 920kg/m³ ou 0,920g/cm³) e 10.0° (densidade de 1.000 kg/m³ ou 1g/cm³). Um óleo extra pesado tem em geral uma gravidade API de menos de 10.0° (densidade superiora 1000 kg/m3 ou superior a 1g/cm3). Por exemplo, óleos pesados podem ser extraídos de areias de óleo, produtos de leitos de alcatrão atmosférico, produtos de leitos de alcatrão a vácuo, óleos de xisto, líquidos derivados de carvão, resíduos de óleo cru, e óleos crus voláteis.

[004] Tais óleos pesados, entretanto, são altamente viscosos e difíceis de bombear 2 através de oleodutos, e exigem técnicas de alto rigor para melhoramento.

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2/23 [005] Óleos pesados têm em geral propriedades macro e micro estruturais bem como tendo moléculas químicas constitutivas específicas. As moléculas constitutivas químicas pertencem a duas categorias genéricas, maltenos e asfaltenos, maltenos são solúveis em 40 volumes de Pentano, enquanto alfatenos são solúveis em tolueno mas insolúveis em pentano. Encontram-se tambémpresentes nos óleos pesados, metais, particularmente níquel e vanádio. Os metais são associados principalmente com os asfaltenos. A organização espacial de maltenos e asfaltenos resultam em propriedades macro e micro estruturais, com a organização molecular causando as altas viscosidades, que apresentam um problema em transportar tais óleos, e separar asfaltenos dos maltenos.

[006] Mais particularmente, os asfaltenos são formados por um núcleo de moléculas aromáticas poli-nucleares agrupadas em camadas, às quais as cadeias de alquila são ligadas. O núcleo é circundado e imerso no material de malteno. O material de malteno inclui saturados livres (alguns deles cíclicos), mono e diaromáticos e resinas que são considerados como sendo associadas intimamente aos asfaltenos. Esta organização é considerada ser a microestrutura e o núcleo dos asfaltenos pode ser considerado como possuindo disposições microcristalinas. A organização microestrutural forma agregados nos quais diversas disposições microcristalinas formam uma estrutura micelar conhecida como uma macroestrutura. A estrutura micelar ou macroestrutura tem grandes forças associativas e coesivas entre os agregados, que são responsáveis pela alta viscosidade do óleo pesado.

[007] A Patente norte-americana No. 5.096.566 descreve um método de reduzir a viscosidade de um óleo pesado por aquecimento de um óleo de hidrocarbonetos pesados à uma temperatura de 350°-450°C, e aquecimento de

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3/23 um gás, tal como um hidrogênio ou nitrogênio, à uma temperatura de 400- 900 °C. O óleo pesado e o gás aquecido são então misturados em um misturador e a mistura de óleo pesado e gás no misturador é submetida à uma pressão de 700 a 2.000 psi. A mistura é então passada através de um pequeno bocal ou orifício, de tal modo que uma queda de pressão de 500 a 1.500 psi ocorra através do bocal ou orifício, e a mistura de óleo pesado e gás é ejetada do bocal ou orifício, proporcionando deste modo um óleo tendo uma viscosidade reduzida. Quando o óleo pesado é misturado com o hidrogênio, o hidro-craqueamento brando do óleo pesado também ocorre. Este óleo pode então ser processado adicionalmente, como por exemplo em uma zona de reação.

[008] De acordo com um aspecto da presente invenção, é provido um processo para tratar um óleo pesado. O processo compreende a submissão de um líquido compreendendo um óleo pesado à cavitação, a fim de reduzir a viscosidade de óleo pesado.

[009] Em uma modalidade não limitativa, o óleo pesado é tratado na ausência de hidrogênio.

[010] O termo “líquido”, como aqui usado, significa um líquido em temperatura e pressão padronizadas.

[011 ] O termo “temperatura e pressão padronizadas”, como aqui usado, significa 1 pressão atmosférica e 15°C.

[012] Como é conhecido na técnica, cavitação significa a formação, o crescimento, e a queda ou implosão de bolhas enchidas de gás ou vapor. A Cavitação exige a presença de pequenas e transitórias microcavidades ou microbolhas de vapor ou gás. As microcavidades ou microbolhas crescem e então implodem ou caem. A implosão, ou compressão súbita e queda das microcavidades ou microbolhas eleva a temperatura da interface entre as

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4/23 microcavidades ou microbolhas e o óleo pesado por intervalos de tempo muito pequenos, isto, é, mmicro-segundos. Tais aumentos de temperatura facilitam a formação de radical livre e reação química.

[013] Assim, durante a cavitação, uma porção do líquido compreendendo o óleo pesado está na forma de um gás que é dispersado como bolhas na porção líquida.

[014] Tal cavitação pode ser efetuada por meios conhecidos aos especialistas na técnica, como por exemplo, por cavitação hidrodinâmica, ou cavitação ultra- sônica. Deve ser entendido, entretanto, que o âmbito da presente invenção não deve ser limitado a qualquer método específico de realização de cavitação.

[015] Em uma modalidade não limitativa, o líquido compreendendo o óleo pesado é submetido à cavitação hidrodinâmica. Na cavitação hidrodinâmica, o líquido compreendendo o óleo pesado, uma porção do qual está na forma de um gás dispersado no líquido, é passado através de uma zona de restrição ou cavitação, como por exemplo, um tubo capilar ou bocal, para aumentar a velocidade da mistura. A porção gasosa pode estar presente antes da passagem do líquido compreendendo o óleo pesado através da zona de cavitação e/ou tal porção gasosa pode ser produzida como um resultado da queda de pressão que resulta da passagem do líquido compreendendo o óleo pesado através da zona de cavitação.

[016] Em geral, pode ser determinado se a cavitação hidrodinâmica ocorreu por determinação do número de cavitação para o óleo pesado, o qual é passado através da zona de cavitação. O número de cavitação pode ser determinado em unidades métricas de acordo com a seguinte equação:

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5/23 σν —

2(Ρ - Ρν) pV² em que acé ο número de cavitação, Pé a pressão estática local do óleo pesado, Pv é a pressão de vapor do óleo pesado, p é a densidade do óleo pesado, e V é a velocidade do óleo pesado.

[017] Em geral, dependendo nos parâmetros exatos empregados, o número de cavitação, ac, não excede a 1,5. Deve ser entendido, entretanto, que, dentro do âmbito da presente invenção, pode haver cavitação em certos casos quando o número de cavitação é superior ou igual a 1.5.

[018] Em uma modalidade não limitativa, o líquido compreendendo o óleo pesado é passado através da zona de cavitação, que pode ser na forma de um tubo capilar ou bocal ou outro tipo de restrição, a uma velocidade de cerca de 100m/seg. a cerca de 300m/seg, e à medida em que o líquido compreendendo o óleo pesado passa através da zona de cavitação como um tubo capilar ou bocal, o líquido compreendendo o óleo pesado é submetido a uma queda de pressão de cerca de 150 psig a cerca de 5.000 psig. Na zona de cavitação, o óleo pesado é submetido a cavitação. Como sabido na técnica, a cavitação é produzida por microbolhas de gás dispersas no óleo pesado. Tais microbolhas se expandem e então implodem ou caem. A implosão ou queda das microbolhas eleva a temperatura na interface das microbolhas e óleo pesado a níveis muito altos, por exemplo, de cerca de 1.000 °C a cerca de 2.000 °C, por um período de micro-segundos, o que facilita formação de radical livre e reações químicas.

[019] Em uma modalidade não limitativa, o líquido compreendendo o óleo pesado é passado através da zona de cavitação à uma velocidade de cerca de

150m/seg. a cerca de 300m/seg. Em outra modalidade, o líquido compreendendo o óleo pesado é passado através da zona de cavitação a uma

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6/23 velocidade de cerca de 200m/seg a cerca de 300m/seg.

[020] Em uma modalidade não limitativa, o líquido compreendendo o óleo pesado é submetido a uma queda de pressão na zona de cavitação de cerca 5 de 400 psig a cerca de 4.000 psig. Em outra modalidade não limitativa, o líquido compreendendo o óleo pesado é submetido a uma queda de pressão na zona de cavitação de cerca de 400 psig a cerca de 2.000 psig. Em outra modalidade, o líquido compreendendo o óleo pesado é submetido a uma queda de pressão na zona de cavitação de cerca de 400 psig a cerca de 1.500 psig. Ainda em outra modalidade, o líquido compreendendo o óleo pesado é submetido a uma queda de pressão na zona de cavitação de cerca de 1.000 psig a cerca de 1.500 psig.

[021] Em uma modalidade não limitativa, a proporção do comprimento da zona de cavitação para a largura da zona de cavitação é de cerca de 10 a cerca de 125. Em outra modalidade não limitativa, a proporção do comprimento da zona de cavitação para a largura da zona de cavitação é de cerca de 50 a cerca de 125.

[022] Em uma modalidade não limitativa, o óleo pesado é aquecido e então o óleo pesado é submetido a condições que produzem cavitação como descrito acima.

[023] Em uma modalidade não limitativa, o óleo pesado é aquecido a uma temperatura de cerca de 75 °C a cerca de 450 °C. Em outra modalidade, o óleo pesado é aquecido à uma temperatura de cerca de 150 °C a cerca de 450 °C. Em outra modalidade, o óleo pesado é aquecido à uma temperatura de cerca de 200 °C a cerca de 450 Ό. Ainda em outra modalidade, o óleo pesado é aquecido à uma temperatura de cerca de 200 °C a cerca de 400 °C. Ainda em outra modalidade, o óleo pesado é aquecido à uma temperatura de cerca de 300 °C a cerca de 400 °C.

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7/23 [024] Embora não seja pretendido que o âmbito da presente invenção seja deste modo limitado, em geral o óleo pesado a ser tratado pode ser aqueles óleos referidos pelo Instituto Americano de Petróleo (API) como óleos pesados e óleos extra pesados. Como notado acima, um óleo pesado tem uma gravidade API de entre 22.3° (densidade de 920 kg/m³ ou 0,920g/cm³) e 10.0° (densidade 1.000 kg/m³ ou 1g/cm³). Um óleo extra pesado tem uma gravidade API inferior a 10.0° (densidade superior a 1.000 kg/m³ ou superior a 1g/cm³). Exemplos de tais óleos pesados incluem, sem entretanto limitar, betume, óleos pesados extraídos debaixo da superfície do solo por drenagem por gravidade auxiliada por vapor, ou SAGD, e outros métodos, produtos de leito provenientes de destilação atmosférica ou a vácuo de betume ou óleo pesado, óleos de xisto, líquidos derivados de carvão, resíduos de óleo cru, e óleos crus voláteis.

[025] Em outra modalidade não limitativa, uma porção do óleo pesado quando aquecida pode ou não ser vaporizada.

[026] Em uma modalidade não limitativa, a porção do óleo pesado que é vaporizada não excede a 35 % em volume do volume do óleo pesado. Em outra modalidade não limitativa, a porção do óleo pesado que é vaporizada não excede a 15 % em volume do volume do óleo pesado.

[027] Em uma modalidade não limitativa, o liquido compreende ainda um material orgânico, que não é um óleo pesado e é um líquido em temperatura e pressão padronizadas. Assim, em uma modalidade não limitativa, é fornecido um processo para tratar um óleo pesado que compreende a submissão de um óleo pesado em combinação com um material orgânico à cavitação, a fim de reduzir a viscosidade do óleo pesado.

[028] A mistura do óleo pesado e material orgânico pode ser submetida à cavitação como descrito acima. Por exemplo, a mistura do óleo pesado e

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8/23 material orgânico pode ser passada através da zona de cavitação sob as condições de velocidade e queda de pressão mencionadas acima.

[029] Além disso, quando a mistura do óleo pesado e material orgânico é submetida à cavitação hidrodinâmica, uma porção da mistura do óleo pesado e material orgânico está na forma de um gás dispersado no líquido. A porção gasosa pode ser (i) uma porção de todo o material orgânico, ou (ii) tanto uma porção de todo o material orgânico quanto uma porção do óleo pesado, ou (iii) somente uma porção do óleo pesado. Preferivelmente, o gás inclui o material orgânico e pode ou não incluir uma porção do óleo pesado.

[030] Em uma modalidade não limitativa, cada um dentre o óleo pesado e o material orgânico é aquecido, o óleo pesado e o material orgânico são misturados, e então a mistura do óleo pesado e do material orgânico é submetida a condições que produzem cavitação, como acima descrito.

[031] Em uma modalidade não limitativa, subsequente ao aquecimento do óleo pesado e material orgânico, o óleo pesado e o material orgânico são misturados em uma zona de mistura, e então submetidos à cavitação na zona de cavitação.

[032] Em outra modalidade não limitativa, uma porção do óleo pesado quando aquecida, antes de ser misturada com o material orgânico na zona de mistura, pode ou não ser vaporizada. Se uma porção do óleo pesado é vaporizada, tal porção, em uma modalidade não limitativa, não excede às quantidades acima descritas.

[033] Em outra modalidade não limitativa, quando aquecido (antes de ser misturado com o óleo pesado na zona de mistura), o total ou uma porção do material orgânico é vaporizado.

[034] Em outra modalidade não limitativa, o material orgânico, quando

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9/23 aquecido (antes de ser misturado com o óleo pesado na zona de mistura), permanece um líquido. Ainda em outra modalidade não limitativa, quando tal material orgânico líquido é passado através da zona de cavitação, o total ou uma porção de tal material orgânico líquido é vaporizada.

[035] Em outra modalidade não limitativa, o material orgânico foi submetido a uma temperatura acima da temperatura crítica e uma pressão acima da pressão crítica e assim se torna um fluido supercrítico, que tem propriedades de um líquido e um gás. O resultado é que o material orgânico tem a capacidade de interagir ou associar-se com os componentes do óleo pesado que são similares a aqueles como quando o material orgânico existe como um líquido, mas ele tem difusividade superior, viscosidade inferior e tensão de superfície inferior do que tal material na fase líquida. Deve ser entendido que o âmbito da presente invenção não é limitado a tal modalidade.

[036] Assim, em uma modalidade não limitativa, pelo menos uma porção da mistura do óleo pesado e o material orgânico é um líquido. Em uma modalidade, a quantidade da mistura que é um líquido é uma quantidade suficiente para formar uma fase líquida contínua que é submetida à cavitação como acima descrito. Em uma modalidade não limitativa, o líquido está presente em uma quantidade de pelo menos 40 % em volume do volume total da mistura do óleo pesado e material orgânico. Em outra modalidade, o líquido está presente em uma quantidade de pelo menos 60 % em volume do volume total de óleo pesado e material orgânico.

[037] Em uma modalidade não limitativa, o material orgânico induz interações moleculares seletivas que alteram o ambiente molecular dos asfaltenos, como, por exemplo, através de forças Van der Waals, forças de dispersão, e Interações bi-polo-bi-polo, induzindo assim alterações na estrutura

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10/23 micelular e facilitando a separação subsequente de asfaltenos do óleo pesado.

Em uma modalidade, o material orgânico interage ou se associa com uma ou mais dos componentes do óleo pesado, mas não interage com os asfaltenos.

Em outra modalidade, o material orgânico interage ou se associa com os asfaltenos.

[038] Como notado acima, o material orgânico é um material que não é um óleo pesado e é um líquido em temperatura e pressão padronizadas.

[039] Ainda em outra modalidade não limitativa, o material orgânico é um solvente orgânico.

[040] Exemplos de materiais orgânicos que podem ser empregados dentro do âmbito da presente invenção incluem, sem entretanto limitar, pentano, gases liquefeitos de petróleo (LPGs), álcoois, tais como metanol e etanol, por exemplo, e éteres como por exemplo éteres alquílicos tais como éter dimetílico e éter dietílico, e suas misturas.

[041] Em uma modalidade não limitativa, o material orgânico é aquecido à uma temperatura de cerca de 75 °C a cerca de 800 °C. Em outra modalidade não limitativa, o material orgânico é aquecido à uma temperatura de cerca de 150°C a cerca de 800 °C. Em outra modalidade, o material orgânico é aquecido a uma temperatura de cerca de 300 °C a cerca de 800 °C. Ainda em outra modalidade, o material orgânico é aquecido à uma temperatura de cerca de 300 °C a cerca de 600 °C . Ainda em outra modalidade, o material orgânico é aquecido à uma temperatura de cerca de 300°C a cerca de 400 °C.

[042] Em uma modalidade não limitativa, o material orgânico está presente na mistura de óleo pesado e material orgânico em uma quantidade de cerca de 5 % em volume a cerca de 25 % em volume do volume de óleo pesado. Em outra modalidade, o material orgânico está presente em uma quantidade de

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11/23 cerca de 5 % em volume a cerca de 10 % em volume do volume do óleo pesado.

[043] Em outra modalidade não limitativa, o óleo pesado aquecido entra em uma zona de mistura ou uma câmara de mistura como um resultado de bombeamento do óleo aquecido através de um primeiro conduto, e o material orgânico aquecido entra na câmara de mistura como um resultado de bombeamento do material orgânico aquecido através de um segundo conduto. Em uma modalidade, o primeiro conduto, através do qual o óleo pesado entra na zona de mistura, termina em um bocal de atomização, pelo que o óleo pesado é atomizado à medida em que ele entra na zona de mistura ou na câmara de mistura. Em uma modalidade, o bocal de atomização tem um formato que facilita a atomização do óleo pesado, como, por exemplo, um formato cônico. Assim o óleo pesado entra na zona de mistura ou câmara de mistura como uma pulverização ou névoa de gotículas de líquido. A presença do óleo pesado na forma de gotículas de líquido aumenta a área de superfície do óleo pesado e proporciona melhor mistura do óleo pesado e do material orgânico.

[044] Em uma modalidade não limitativa, o material orgânico entra na zona de mistura em uma direção de fluxo, o qual na prática, é tangencial à direção de fluxo do óleo pesado através da zona de mistura. Mais particularmente, o material orgânico entra na zona de mistura através de um conduto como aqui descrito, de tal modo que quando o material orgânico entra na zona de mistura, o material orgânico se move ao longo da parede da zona de mistura em um movimento circular ou em movimento em redemoinho. O óleo pesado, que entra na zona de mistura através de um bocal de atomização, como descrito acima contata e fica misturado com o material orgânico em redemoinho. Tal redemoinho do óleo pesado e do material orgânico facilita ótima mistura do material orgânico e do óleo pesado. A mistura em redemoinho do óleo pesado e

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12/23 o material orgânico é então passada e submetida à cavitação na zona de cavitação. Deve ser entendido, entretanto, que o âmbito da presente invenção não deve ser limitado por tal modalidade.

[045] Em outra modalidade não limitativa, o óleo pesado e o material orgânico são misturados em um conduto, e então a mistura do óleo pesado e o material orgânico são submetidos a mistura adicional em um misturador estático. No misturador estático, o fluxo incluindo a mistura de óleo pesado e material orgânico é dividido, e as correntes divididas são forçadas para paredes externas opostas, causando assim um redemoinho de mistura de direção única axial à linha central do misturador estático. O redemoinho de mistura é então cortado, e uma divisão da corrente de óleo pesado e material orgânico torna a ocorrer com a rotação direcional oposta.

[046] Em uma modalidade não limitativa, a zona de mistura ou a câmara de mistura é configurada de tal modo que a zona de mistura ou a câmara de mistura facilite a mistura do óleo pesado e do material orgânico para proporcionar uma mistura essencialmente uniforme do óleo pesado e material orgânico. Em uma modalidade não limitativa, a zona de mistura ou a câmara de mistura tem uma configuração cilíndrica.

[047] Em uma modalidade não limitativa, o cilindro tem uma proporção de comprimento para diâmetro de cerca de 1 a cerca de 36. Em outra modalidade não limitativa, o cilindro tem uma proporção de comprimento para diâmetro de cerca de 4. Ainda em outra modalidade não limitativa, o cilindro tem uma proporção de comprimento para diâmetro de cerca de 2. Deve ser entendido, entretanto, que o âmbito da presente invenção não deve ser limitado a uma configuração específica da zona de mistura ou câmara de mistura.

[048] O material orgânico e o óleo pesado, em uma modalidade não

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13/23 limitativa, são misturados na zona de mistura ou câmara de mistura por um período de tempo suficiente para prover uma mistura essencialmente uniforme do óleo pesado e material orgânico, ainda tal mistura de óleo pesado e material orgânico não é retida na zona de mistura por um período de tempo prolongado, de tal modo que ocorra o craqueamento térmico indesejado.

[049] Em uma modalidade não limitativa, o material orgânico e o óleo pesado são misturados na zona de misturação por um período de tempo que não excede a 10 segundos. Em outra modalidade, o material orgânico e o óleo pesado são misturados na zona de mistura por um período de tempo de cerca de 1 segundo a cerca de 10 segundos.

[050] O material orgânico induz interações moleculares seletivas que contribuem na alteração do ambiente molecular dos asfaltenos através de dissolução.

[051] Após o óleo pesado e o material orgânico serem misturados na zona de mistura ou câmara de mistura, a mistura de óleo pesado e o material orgânico sai da zona de mistura ou da câmara de mistura, e entra na zona de cavitação, na qual o óleo pesado é submetido à cavitação como descrito acima.

[052] Em uma modalidade não limitativa, quando o óleo pesado é submetido à cavitação hidrodinâmica, o óleo pesado é passado da zona de mistura para a zona de cavitação, a qual é uma restrição como um tubo capilar ou bocal, no qual ocorre a cavitação. A largura da zona de cavitação é inferior a zona de mistura. Em uma modalidade não limitativa, a proporção da largura da zona de cavitação para a largura da zona de mistura é de cerca de 1/230 a cerca de 1/75.

[053] Assim, a mistura do óleo pesado e material orgânico é passada da zona de mistura através da zona de restrição ou cavitação para aumentar a

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14/23 velocidade da mistura, e pelo que a mistura é submetida à uma queda de pressão. Como um resultado, na zona de cavitação, microbolhas são dispersadas na porção líquida da mistura. Tais microbolhas se expandem inicialmente e então elas implodem ou caem, efetuando assim a cavitação do óleo pesado.

[054] O produto de óleo pesado resultante que é liberado da zona de cavitação é um óleo pesado desestruturado que, após resfriamento, tem disposições micelares (refletidas por uma viscosidade inferior) diferentes daquelas do óleo pesado antes de ser misturado com o material orgânico e submetido à cavitação, como descrito acima. Embora não haja intenção de limitar o âmbito da presente invenção a qualquer argumentação teórica, a cavitação do óleo pesado, que é o resultado de microbolhas no óleo pesado, eleva a temperatura da interface das microbolhas, facilitando assim a formação de radical livre e reação química. O material orgânico também induz interação molecular seletiva que altera o ambiente molecular dos asfaltenos. Além disso, se a temperatura for elevada durante o tratamento, pode ocorrer algum craqueamento incipiente, que resulta na liberação de cadeias de alquila de hidrocarboneto saturadas presentes nos asfaltenos iniciais, que assim ficará mais fácil de separar do óleo. A presente invenção permite a desestruturação de um óleo pesado pela adição de uma pequena quantidade de material orgânico e pela submissão do óleo pesado à cavitação, como oposto ao fornecimento de quantidades excessivas de gás comprimido. O gás é substituído por uma pequena quantidade de material orgânico que é capaz de ser pelo menos parcialmente vaporizada.

[055] Após a mistura de óleo pesado e material orgânico ter sido submetida à cavitação na zona de cavitação como acima descrita, a mistura é

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15/23 liberada da zona de cavitação e é resfriada à uma temperatura desejada, como, por exemplo, na modalidade não limitativa, pela passagem da mistura para uma zona ou câmara de expansão ou uma câmara de iluminação e o gás é separado parcial ou totalmente do líquido. Embora os componentes e a “curva de destilação” do óleo pesado desestruturado resultante se aproximem daqueles do óleo pesado antes da desestruturação, o óleo pesado desestruturado produzido de acordo com a presente invenção tem uma viscosidade reduzida, uma gravidade específica reduzida, e pode ser fracionado mais facilmente do que o óleo pesado não tratado, isto é, os asfaltenos podem ser separados dos maltenos mais facilmente, como por precipitação, absorção, ou microfiltragem .

[056] A presente invenção proporciona assim um óleo pesado desestruturado que é mais bombeável ou transportável, e assim pode ser transportado mais facilmente para processamento adicional, e pode ser fracionado com menos rigor do que no estado original. Por exemplo, o óleo pesado desestruturado pode ser submetido a desasfaltamento, pelo que os asfaltenos são separados do óleo pesado, e proporcionar um óleo desasfaltado melhorado que pode ser submetido a refinação ou processamento adicional. Alternativamente, o óleo pesado pode ser destilado em várias frações.

Breve Descrição dos desenhos [057] A invenção será agora descrita com relação aos desenhos , em que:

[058] A Figura 1 é uma vista explodida de uma modalidade de um aparelho para realizar a desestruturação de um óleo pesado de acordo com a presente invenção.

[059] A Figura 2 é uma vista em seção transversal do aparelho mostrando a zona de mistura, a zona de cavitação, e a zona de expansão.

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16/23 [060] A Figura 3 é uma vista em seção transversal da zona de mistura mostrando os condutos que introduzem o óleo pesado e o solvente na câmara de mistura; e [061] A Figura 4 é um esquemático de outra modalidade para efetuar a desestruturação de um óleo pesado de acordo com a presente invenção.

[062] Com referência agora aos desenhos, um aparelho 10 para tratar ou desestruturar um óleo pesado de acordo com a presente invenção inclui uma câmara de mistura cilíndrica 12, um bocal ou tubo capilar 16 no qual ocorre a cavitação, e uma câmara de expansão 18. A câmara de mistura 12 é circundada por um revestimento de metal 15, o bocal ou tubo capilar 16 é circundado por revestimento de metal 17, e a câmara de expansão 18 é circundada por revestimento de metal 19.

[063] O revestimento de metal 15 inclui um recesso 21, e o revestimento de metal 19 inclui um recesso 22. O Recesso 21 e o recesso 22 circundam ou envolvem o revestimento de metal 17, circundando o bocal ou tubo capilar 16. O revestimento de metal 15 e o revestimento de metal 19 são fixados um ao outro com meios de fixação tais como, cavilhas, parafusos, ou espigões (não mostrados), pelo que envolvendo revestimentos de metal 17 nos recessos 21 e 22, e assegurando que o bocal ou o tubo capilar 16 seja disposto entre a câmara de mistura 12 e a câmara de expansão 18.

[064] O óleo pesado pré-aquecido entra na câmara de mistura 12 através do conduto 11, que termina em um bocal de atomização cônico 13, pelo que o óleo pesado entra na câmara de mistura 12 na forma de gotículas. O material orgânico pre-aquecido, como um solvente orgânico entra na zona de mistura 12 através do conduto 14.

[065] O solvente orgânico pré-aquecido entra na câmara de mistura 12

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17/23 proveniente do conduto 14, de tal modo que ele se mova ao longo da parede cilíndrica da câmara de mistura 12 em um movimento circular ou de redemoinho. As gotículas de óleo pesado, que entraram na câmara de mistura 12 através do bocal de atomização 13, contatam o solvente orgânico ao longo da parede cilíndrica da câmara de mistura 12, pelo que a mistura resultante de óleo pesado e o solvente orgânico é passada através de câmara de mistura 12 como uma mistura em redemoinho de óleo pesado e solvente, e para o bocal ou tubo capilar

16. Como notado acima, a mistura de óleo pesado e solvente é passada através do bocal ou tubo capilar 16 em uma velocidade de cerca de 10Om/seg. a cerca de 300m/seg. e é submetida á uma queda de pressão de cerca de 150 psig a cerca de 5.000 psig. À medida em que a mistura de óleo pesado e solvente passa através do bocal ou tubo capilar 16, o óleo pesado é submetido à cavitação hidrodinâmica como acima descrito.

[066] A mistura de óleo pesado e solvente sai então do bocal ou tubo capilar 16 e entra na câmara de expansão 18, em.que ocorre o resfriamento do óleo pesado. O óleo pesado desestruturado resultante sai então da câmara de expansão 18 através do tubo 20. O óleo pesado desestruturado é então transportado para um local desejado, e/ou submetido a processamento adicional, como por exemplo, desasfaltamento e/ou destilação ou fracionamento.

[067] Em outra modalidade, como mostrado na Figura 4, o óleo pesado na linha 101 é passado através da bomba 102 para a linha 103. Um material orgânico, como um solvente orgânico ou diluente, na linha 104, é passado através da bomba 106 na linha 114. O solvente orgânico ou diluente na linha 114 é misturado com o óleo pesado proveniente da linha 103, e a mistura do óleo pesado e solvente orgânico ou diluente é passada através da linha 107. A mistura do óleo pesado e solvente orgânico ou diluente é aquecida pela

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18/23 passagem da mistura através do trocador de calor 108, pelo que a mistura do óleo pesado e solvente orgânico ou diluente é aquecida pela passagem de um óleo pesado desestruturado aquecido da linha 120 através do trocador de calor 108, pelo que a mistura do óleo pesado não tratado e o solvente ou diluente orgânico é aquecida e o óleo pesado desestruturado é resfriado. A mistura aquecida de óleo pesado e solvente orgânico ou diluente é então passada através da linha 109 no trocador de calor 122, pelo que a mistura de óleo pesado não tratado e solvente orgânico ou diluente é submetida a aquecimento adicional. A mistura de óleo pesado e solvente ou diluente orgânico é aquecida pela passagem de um gás aquecido, como, por exemplo, uma mistura aquecida de ar e gás natural, através do trocador de calor 122, pelo que a mistura de óleo pesado não tratado e solvente ou diluente orgânico é submetido a aquecimento adicional.

[068] A mistura aquecida de óleo pesado e solvente ou diluente orgânico é então passada na linha 111, e no misturador estático 112. No misturador estático 112, a corrente da mistura de óleo pesado e solvente ou diluente orgânico é dividida, e as correntes divididas são forçadas para paredes externas opostas, causando assim um redemoinho de mistura de direção única axial à linha central do misturador estático 112. 0 redemoinho de mistura é então cortado, e a divisão da corrente de óleo pesado e solvente ou diluente orgânico torna a ocorrer, com o rotação direcional oposta. Um exemplo de tal misturador estático é um Misturador Stratos Tube, Série 250, vendido por Koflo Corporation, de Cary, Illinois.

[069] Após o óleo pesado e o solvente ou diluente orgânico serem submetidos a mistura em misturador estático 112, a mistura do óleo pesado e solvente ou diluente orgânico é passada através da linha 113 e para a zona de

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19/23 cavitação 116, pelo que a mistura de óleo pesado e solvente ou diluente orgânico é submetida à cavitação. A zona de cavitação 116 inclui um bocal ou tubo capilar de cavitação (não mostrado) circundado por um revestimento de metal. A mistura de óleo pesado e solvente ou diluente orgânico é passada através do bocal ou tubo capilar da zona de cavitação 116 em uma velocidade de cerca de 10Om/seg. a cerca de 300m/seg., e é submetida à uma queda de pressão de cerca de 150 psig a cerca de 5.000 psig. À medida em que a mistura de óleo pesado e solvente ou diluente passa através do bocal ou tubo capilar da zona de cavitação 116, o óleo pesado é submetido à cavitação hidrodinâmica .

[070] A mistura de óleo pesado e solvente ou diluente orgânico sai então da zona de cavitação 116 e entra na câmara de expansão 118, em que ocorre o resfriamento do óleo pesado. O óleo pesado desestruturado resultante deixa então a câmara de expansão 118 através do tubo 120. O óleo pesado desestruturado entra então no trocador de calor 108, pelo que o calor é transferido do óleo pesado desestruturado para a mistura do óleo pesado não tratado e do solvente ou diluente que entra no trocador de calor 108 proveniente da linha 107. O óleo pesado desestruturado resfriado deixa o trocador de calor 108 através da linha 121, e entra no resfriador de ar 124, pelo que o óleo pesado desestruturado é submetido a resfriamento adicional. O óleo pesado sai do resfriador de ar através da linha 123 e é submetido a processamento adicional, como, por exemplo, desasfaltamento e/ou destilação ou fracionamento.

EXEMPLOS.

[071] A invenção será agora descrita com relação aos seguintes exemplos; entretanto, o âmbito da presente invenção não deve ser limitado pelos mesmos.

EXEMPLO 1.

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20/23 [072]Um óleo pesado Lloydminster, tendo um gravidade API de 12.0°, uma gravidade específica de 0,986 (densidade de 0,986g/cm³), e uma viscosidade cinemática de 34,805 cSt a 15°C, de 2,795 cSt em 40°C, e de 636 cSt em 60 °C, foi aquecido a 400 °C e bombeado através de um oleoduto tendo um diâmetro de 1/4 de polegada e então através de um bocal de atomização cônico tendo um diâmetro na ponta de 0,03 polegada em uma câmara de mistura tendo um comprimento de 3 polegadas e um diâmetro de 1,5 polegadas. O solvente de Pentano foi aquecido a uma temperatura de 400 °C e bombeado através de um oleoduto tendo um diâmetro de 0,203 polegada na câmara de mistura em uma quantidade de 9 % em volume do volume do óleo pesado. O óleo pesado e o pentano foram misturados na câmara de mistura por 10 segundos. A mistura de óleo pesado e pentano foi então passada da câmara de mistura através de um bocal de cavitação. A velocidade no bocal foi cerca de 118m/seg. O bocal de cavitação tinha um comprimento de 1 polegada e um diâmetro de 0,008 polegada. A pressão diferencial, ou queda de pressão, através do bocal foi cerca de 410 psig. A mistura de óleo pesado e pentano entrou então em uma câmara de expansão tendo um comprimento de 2,25 polegadas e um diâmetro de 1,5 polegadas.

[073]O óleo tratado resultante tinha uma gravidade de API de 18,1 °, uma gravidade específica de 0,945 (densidade de 0,945g/cm³),uma viscosidade cinemática de 710 cSt a 15°C, de 183 cSt a 40°C, e de 67 cSt a 60Ό.

EXEMPLO 2.

[074] O óleo pesado Lloydminster do Exemplo 1 foi tratado sob as condições descritas no Exemplo 1, exceto que o óleo pesado foi aquecido a 380 °C., o pentano foi adicionado ao óleo pesado em uma quantidade de 15 % em volume do volume de óleo pesado, e a mistura de óleo pesado e pentano foi

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21/23 passada através do bocal de cavitação em uma velocidade no bocal de cerca de 120m/seg. e à uma queda de pressão de cerca de 450 psig.

[075]O óleo tratado resultante tinha uma gravidade API de 20.6°, uma gravidade específica de 0,930 (densidade de 0,930g/cm3) e uma viscosidade cinemática de 610 cSt a 15°C, de 104 cSt a 40°C, e de 44 cSt a 60 O.

EXEMPLO 3.

[076] O óleo pesado Lloydminster do Exemplo 1 foi tratado sob as condições descritas no Examplo 1, exceto que cada um do óleo pesado e pentano foi aquecido à 350 °C, e a mistura de óleo pesado e pentano foi passada através do bocal de cavitação a uma velocidade no bocal de cerca de 168m/seg. e submetida à uma queda de pressão de cerca de 1.100 psig.

[077]O óleo tratado resultante tinha uma gravidade API de 21,2°, uma gravidade específica de 0,927 (densidade de 0,927g/cm³), e uma viscosidade cinemática de 109 cSt a 15°C, de 35 cSt à 40°C, e de 12 cSt à 60°C.

EXEMPLO 4.

[078] Um betume da região dos lagos frios de Alberta, tendo uma gravidade API de 10.0°, uma gravidade específica de 0,996 (densidade de 0,996g/cm3), e uma viscosidade dinâmica de 138.000 cP a 15°C foi aquecido a 380 °C e bombeado através de um oleoduto tendo um diâmetro, de % de polegada. O solvente de pentano foi aquecido á uma temperatura de 400 °C, e bombeado através de um tubo tendo um diâmetro de % de polegada. O solvente de Pentano foi então misturado com o betume em um oleoduto tendo um diâmetro de % de polegada, em uma quantidade de 17 % em volume do volume do betume. A mistura de betume e pentano foi então misturada adicionalmente em um misturador estático (Misturador Stratos Tube, Série 250, Koflo Corporation, Cary, Illinois) tendo um comprimento de 09 polegadas e um

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22/23 diâmetro de % de polegada. O betume e o pentano foram misturados no misturador estático por 10 segundos. A mistura de betume e pentano foi então passada da câmara de mistura através de um bocal de cavitação. A velocidade no bocal foi 203m/seg. O bocal de cavitação tinha um comprimento de 0,56 polegadas e um diâmetro de 0,007 polegada. A pressão diferencial, ou queda de pressão, através do bocal foi cerca de 2400 psig. A mistura de betume e pentano entrou então em uma câmara de expansão tendo um comprimento de 2,25 polegadas e um diâmetro de 1,5 polegadas.

[079]O óleo tratado resultante tinha uma gravidade de API 20,9°, uma gravidade específica de 0,928 (densidade de 0,928g/cm³) e uma viscosidade dinâmica de 300 cP a 15°C, ou viscosidade cinemática de 323 cSt a 15°C.

EXEMPLO 5.

[080] Um óleo pesado Smiley Coleville tendo uma gravidade API de 14.2°, uma gravidade específica de 0,9703 (densidade de 0,9703g/cm³) e uma viscosidade dinâmica de 7.600 cP a 15°C e 7.190 cP a 20 °C foi tratado sob as condições descritas no Examplo 4 acima, exceto que cada um do óleo pesado e pentano foi aquecido a 200 °C, o pentano foi adicionado em quantidade de 13 % em volume do volume do óleo pesado, a velocidade da mistura de pentano e óleo pesado no bocal de cavitação foi 186m/seg. e a queda de pressão através do bocal de cavitação foi 2.000 psig.

[081]O óleo tratado resultante tinha uma gravidade API de 22,5°, uma gravidade específica de 0,919 (densidade de 0,919g/cm3), e uma viscosidade dinâmica de 340 cP a 15°C, que é equivalente a uma viscosidade cinemática de 370 cSta15°C.

[082] A descrição de todas as patentes e publicações, incluindo pedidos de patente publicados são aqui incorporadas por referência na mesma extensão

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23/23 como se cada patente e publicação fosse especificamente e individualmente incorporada por referência.

[083] Deve ser entendido entretanto, que o âmbito da presente invenção não deve ser limitado às modalidades específicas descritas acima. A invenção pode ser praticada de forma diferente de como foi especificamente descrita e estar ainda dentro do âmbito das reivindicações anexas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para tratar um óleo pesado, em que o dito óleo pesado possui uma gravidade API não superior a 22,3° CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

submissão de um óleo pesado em combinação com um material orgânico que é um solvente orgânico que é selecionado do grupo consistindo em pentano, gás de petróleo liquefeito (LPGs), álcoois, éteres, e misturas dos mesmos, em que o dito material orgânico é um líquido a uma temperatura padrão de 15°C e uma pressão de 1 atm, à hidrocavitação dinâmica para reduzir a viscosidade do dito óleo pesado, em que o dito óleo pesado em combinação com o dito material orgânico é passado através de uma zona de cavitação, em que a proporção do comprimento da zona de cavitação hidrodinâmica para a largura da zona de cavitação hidrodinâmica é de 50 a 125, e a zona de cavitação é um capilar, a uma velocidade de 100 m/s a 300 m/s e uma queda de pressão de 1034 kPa (150 psig) a 34474 kPa (5.000 psig) e em que pelo menos 40% em volume do volume total da mistura de óleo pesado e material orgânico é líquido e forma uma fase líquida contínua que é submetida à cavitação.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que antes da mistura do dito óleo pesado com o dito material orgânico, o dito óleo pesado é aquecido à uma temperatura de 75 °C a 450 °C, e o dito material orgânico é aquecido à uma temperatura de 75 °C a 800 °C.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito material orgânico está presente na dita mistura do dito óleo pesado e do dito material orgânico em uma quantidade de 5% em volume a 25% em volume do volume de dito óleo pesado.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo

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2/3 fato de que o dito óleo pesado é aquecido à uma temperatura de 150 °C a 450 °C.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito óleo pesado é aquecido à uma temperatura de 200 °C a 450 °C.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito óleo pesado é aquecido à uma temperatura de 200 °C a 400 °C.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito óleo pesado é aquecido à uma temperatura de 300 °C a 400 °C.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito material orgânico é aquecido à uma temperatura de 150°C a 800 °C.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito material orgânico é aquecido à uma temperatura de 300 °C a 800 °C.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito material orgânico é aquecido à uma temperatura de 300 °C a 600 °C.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito material orgânico é aquecido à uma temperatura de 300 °C a400°C.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita mistura de dito óleo pesado e dito material orgânico é submetida à uma velocidade de 150m/seg. a 300m/seg.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita mistura do dito óleo pesado e do dito material orgânico é submetida à uma velocidade de 200m/seg. a 300m/seg.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo

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3/3 fato de que a dita mistura do dito óleo pesado e do dito material orgânico é submetida à uma queda de pressão de 2758 kPa (400 psig) a 27579 kPa (4,000 psig).
15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita mistura de do dito óleo pesado e do dito material orgânico é submetida à uma queda de pressão de 2758 kPa (400 psig) a 13790 kPa (2.000 psig).
16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita mistura do dito óleo pesado e do dito material orgânico é submetida à uma queda de pressão de 2758 kPa (400 psig) a 10342 kPa (1.500 psig).
17. Processo, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que dita mistura do dito óleo pesado e do dito material orgânico é submetida à uma queda de pressão de 6895 kPa (1.000 psig) a 10342 kPa (1500 psig).
18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito óleo pesado e o dito material orgânico são misturados em uma primeira zona, e em seguida a dita mistura de dito óleo pesado e dito material orgânico é submetida à cavitação hidrodinâmica na referida zona de cavitação hidrodinâmica.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito óleo pesado é tratado na ausência de hidrogênio.

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